Cómo escribir configuraciones electrónicas, paso a paso

Qué significa la notación

Cada parte de una configuración tiene tres elementos. En 2p⁴, el 2 es la capa (el nivel de energía principal), la letra p es el tipo de subcapa y el superíndice 4 es el número de electrones de esa subcapa. Los superíndices siempre suman el número total de electrones, que en un átomo neutro es igual al número atómico.

Hay cuatro tipos de subcapa, cada una con una capacidad fija: la s admite 2 electrones (1 orbital), la p admite 6 (3 orbitales), la d admite 10 (5 orbitales) y la f admite 14 (7 orbitales). Cada orbital admite como máximo 2 electrones.

El orden de Aufbau

Los electrones llenan primero las subcapas de menor energía. Este es el principio de Aufbau, de la palabra alemana que significa «construcción progresiva». El orden de llenado es 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p.

Observa que la 4s se llena antes que la 3d, y la 6s se llena antes que la 4f. La regla n + l lo explica: suma el número de capa n y l (0 para s, 1 para p, 2 para d, 3 para f) y llena de menor a mayor total; en caso de empate, se llena primero la de menor n. Muchos estudiantes prefieren dibujar un diagrama diagonal de subcapas y seguir las flechas.

La tabla periódica muestra el mismo orden: a lo largo de un período se pasa por el bloque s (grupos 1–2), el bloque d (grupos 3–12, una capa más abajo) y el bloque p (grupos 13–18), y el bloque f (dos capas más abajo) encaja en los períodos 6 y 7.

Ejemplo resuelto: el oxígeno

El oxígeno tiene número atómico 8, así que tiene 8 electrones que colocar. Pon 2 en la 1s (quedan 6), luego 2 en la 2s (quedan 4), y los últimos 4 en la 2p, que podría admitir hasta 6. El resultado es 1s² 2s² 2p⁴. Comprobación: 2 + 2 + 4 = 8.

La capa más alta es la 2, con 2 + 4 = 6 electrones, así que el oxígeno tiene 6 electrones de valencia. Dentro de la subcapa 2p, la regla de Hund dice que los electrones ocupan los tres orbitales p de uno en uno antes de emparejarse, así que un átomo de oxígeno tiene dos electrones desapareados.

Ejemplo resuelto: el hierro

El hierro tiene número atómico 26, así que tiene 26 electrones. Llena en el orden de Aufbau: 1s² (2 colocados), 2s² (4), 2p⁶ (10), 3s² (12), 3p⁶ (18), 4s² (20), y los 6 restantes van a la 3d. La configuración completa es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶.

Muchos libros de texto, y este sitio, enumeran en cambio las subcapas por orden de número de capa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s². Ambas describen el mismo átomo. Cuando el hierro forma iones, pierde primero sus electrones 4s, así que el Fe²⁺ es [Ar] 3d⁶ y el Fe³⁺ es [Ar] 3d⁵.

Notación abreviada con gas noble

Escribir todas las subcapas resulta largo en los átomos pesados, así que los químicos sustituyen los electrones internos por el símbolo del gas noble anterior entre corchetes. [He] representa 1s², [Ne] representa 1s² 2s² 2p⁶ y [Ar] representa 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. Los núcleos más pesados son [Kr] (36 electrones), [Xe] (54) y [Rn] (86).

Para usarla, escribe entre corchetes el gas noble anterior y añade solo los electrones que vienen después. El oxígeno pasa a ser [He] 2s² 2p⁴, el sodio pasa a ser [Ne] 3s¹ y el hierro pasa a ser [Ar] 3d⁶ 4s².

Excepciones: el cromo y el cobre

Unos pocos elementos no siguen exactamente el orden de Aufbau. Para el cromo (24 electrones) se predice [Ar] 3d⁴ 4s², pero su configuración real es [Ar] 3d⁵ 4s¹. Para el cobre (29 electrones) se predice [Ar] 3d⁹ 4s², pero en realidad es [Ar] 3d¹⁰ 4s¹.

En ambos casos un electrón 4s pasa a la 3d. Las subcapas 4s y 3d tienen energías muy próximas, y una subcapa d semillena (d⁵) o completamente llena (d¹⁰) es especialmente estable. Algunos elementos más pesados se comportan igual: el molibdeno es [Kr] 4d⁵ 5s¹, la plata es [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ y el oro es [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹. Unos 20 elementos de los bloques d y f tienen configuraciones irregulares, así que consulta una tabla fiable para los elementos más pesados.